特种作业人员培训(电工基础)

电工基础主讲：技术培训中心电工基础知识第一节直流电路第四节三项交流电路第三节单项交流电路第二节电磁感应和磁路第五节触电危害与急救第一节直流电路※电路中的基本物理量※电路的相关定律※电路和电路模型(电路图)※电路和电路模型(电路图)一、电路的基本概况1、什么是电路电路是电流所流经的路径,它是由一些电气设备和元器件按一定方式连接而成的。2、电路的基本组成电路的基本组成包括以下四个部分：（4）联接导线：将电器设备和元器件按一定方式联接起来(如各种铜、铝电缆线等)。图1-1简单电路（1）电源(供能元件)：为电路提供电能的设备和器件(如电池、发电机等)。（2）负载(耗能元件)：使用(消耗)电能的设备和器件(如灯泡等用电设备)。(3）控制器件：控制电路工作状态的器件或设备(如开关、熔断器等)4、电路的作用：（2）实现信号的传递与处理。(1)通路(闭路)：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获得一定的电压和电功率，进行能量转换。3、电路的状态(2)开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。(3)短路(捷路)：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。（1）实现能量的传输、分配和转换.（3）信息的存储。例如：手电筒电路电源中间环节负载电源：其它形式的能量（信号）电能（电信号）负载：电能（电信号）其它形式的能量（信号）*一般不希望中间环节产生能量或信号的转换二、电路图1、什么是电路图在实际工作中，为便于分析、研究电路，通常将电路的实际元件用用图形符号便是在电路图中。图1-2所示的手电筒电路电路图也称为电路原理图支路：只有两个端点与电路其他部分相连的无分支电路，如图1-3电路中的ED、AB、FC均为支路，该电路的支路数目为b=3。节点：将3条以上的连接点称为节点，如图1-3电路的节点为A、B两点，该电路的节点数目为n=2。回路：在电路中由支路组成的任一闭合路径，如图1-3电路中的CDEFC、AFCBA、EABDE路径均为回路，该电路的回路数目为l=3。图1-2手电筒电路原理图RUSS2、常用电路名词网孔：不含有分支的闭合回路。如图1-3电路中的AFCBA、EABDE回路均为网孔，该电路的网孔数目为m=2。支路：ab、ad、…...（共6条）回路：abda、bcdb、…...（共7个）节点：a、b、…...(共4个）I3E3_+R3R6abcdI1I2I5I6I4网孔：abda、bcdb、adca（共3个）3、常用的电路元件符号电阻电容开关电感电流表A电灯电压表V熔断器接地或手电筒的电路图RUS电源中间环节负载电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部结构、几何形状及相互位置。返回S※电路中的基本物理量一、电场、电场强度1、电场：电场存在于带电体周围。能对位于该电场中的电荷产生作用——电场力。电场力的大小与电场的强弱有关，也与带电体所带的电荷量多少有关2、电场强度电场强度是衡量电场强弱的一个物理量，既有大小又有方向QFE=式中E——电场强度，N/CF——电荷所受的电场力，NQ——正电荷的电量，C电场中任意一点的电场强度，在数值上等于放在该点的单位正电荷所受电场力的大小，其方向是正电荷受力的方向。二、电流和电压1、电流的基本概念金属导体中的自由电子是运动的，并且是无序的运动，当存在外电场时，金属导体中的自由电子在电场力作用下定向移动，这就形成了电流。因此说电路中电荷沿着导体有规律的定向运动形成电流。产生电流必须具备两个条件：第一，导体内要有作定向移动的自由电荷，这是形成电流的内因；第二，要有使自由电荷作定向移动的电场，这是形成电流的外因。其方向规定为正电荷流动的方向(或负电荷流动的反方向)其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度(简称电流)，用符号I表示。tQI=式中Q——通过导体截面的电量，Ct——通过电量所用的时间，St为时间间隔，时间的国际单位制为秒(s)电量Q的国际单位制为库仑(C)电流I的国际单位制为安培(A)电流的实用单位有千安（kA）、毫安mA、微安μA、它们与安培的换算关系为1mA=μA1A=mA1kA=A103103103电流的大小及方向均随时间变化电流的大小及方向都不随时间变化电流分为直流电流和交流电流两种直流电流中电流的大小随时间变化，而方向不随时间变化的称为脉动直流电流，如：正弦波脉动直流，三角波脉动直流，矩形波脉动直流等。下图是电流的几种类型。2、电压的基本概念电场力把单位电荷由高电位点移到低电位点所做的功叫这两点间的电压，电压也是指电场中某两点之间的电位差。QWU=式中U——电压，VW——电荷所做的功，JQ——电荷量，C常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等，它们与伏特的换算关系为电压的国际单位制为伏特(V)1mV=μV1V=mV1kV=V103103103电压就是电压降；电压的方向规定为从高电位指向低电位的方。如果电压的大小及方向随时间变化，则称为变动电压。对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压(简称交流电压)，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。交流电压的瞬时值要用小写字母u或u(t)表示。如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称为直流电压，用大写字母U表示。直流电压交流电压电压不但有大小，而且是有方向的。电压总是对电路中的两点而言的，如果正电荷从a点移动到b点是释放能量，则a点为高电位，b点为低电位。规定电压的实际方向是由高电位指向低电位的方向。电压方向可以用箭头来表示，也可以用双下标表示，双下标中前一个字母代表正电荷运动的起点，后一个字母代表正电荷运动的终点，电压的方向则由起点指向终点。还可以用“+”、“-”符号来表示电压的方向。电压方向的三种表示三、电阻电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件，例如灯泡、电热炉等电器。电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，(1)电阻的基本概念电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。（a）碳膜电阻（b）金属膜电阻（c）线绕电阻(2)电阻的串联电路将两个以上的电阻，依次首位相联，使各电阻通过同一电流，这种连接方式叫做电阻的串联。定义：图1-三个电阻串联电路IU+R1R2R3U1U2U3串联电路的总电压等于各电阻上电压降之和U1IR1U2IR2U3IR3作用：（1）串联电路可起到限流作用（2）串联电路可以起到分压作用（3）串联电路可起到开关作用U3IR3串联电路中各个电阻两端的电压与各个电阻的阻值成正比，电阻越大分配的电压越大，电阻越小分配的电压也越小。(3)电阻的并联电路I1U+R1R2R3I2I3图1-三个电阻并联电路+-UIAB2I1I3I2R1R3R+-UIAB3IR（a）并联电路（b）等效电路将若干个电阻的一端共同连接在电路的一点上，把它们的另一端共同连接在电路的另一点上，这种连接方式叫做电阻的并联连接，如图（a）所示，图（b）为其等效电路。并联电路中电路的总电流等于通过各并联电阻的分电流之和。(3)电阻的混联电路+R1R2R3图1-三个电阻混联电路R4在电阻电路中，既有电阻的串联关系又有电阻的并联关系，称为电阻混联。对混联电路的分析和计算大体上可分为以下几个步骤：(1)将混联电阻分解成若干个电阻的串联、并联，根据串并联的特点进行计算，分别求出它们的等效电阻。(2)用求出的等效电阻取代电路中的串、并联电阻，得到混联电路的等效电路。(3)若等效电路中仍是混联电路，继续按照步骤（2）化简，得到不含支路的等效电路。(4)根据欧姆定律、串联电路、并联电路的特点列方程进行计算。1R2R3R4RBAU5R1、电功率：就是单位时间内电场力所做的功四、电路功率如图，R为一个电阻，它两端的电压是U，通过的电流是I，单位时间内电场力在电阻上做的功应为电压与电流的乘积，即P=UI=IR==UG22R2U式中P——电功率，WG——电导，S电功率的换算关系为+URIAB363-31KW=10W1MW=10KW=10W1mW=10W例题：一只220V、100W的灯泡，当接到电压为220V的电源上时，通过灯泡的电流为多大？灯泡的电阻是多少？解:I==≈100200PU0.455(A)R===≈2200.455484(Ω)UP2UI2、电能：就是用来表示电场力在一段时间内所做的功。电动机、电灯的功率只表示它工作能力的大小，而它们所完成的工作量，不仅决定于其功率的大小，还与它们工作的时间长短有关W=Pt式中P——功率，KWt——时间，SW——电能，kwh●例题：一台10kw电炉，每天工作8h，求一个月30天要用电多少千瓦时？解:电炉每天用电为W1=Pt1=10×8=80（）电炉每天用电为W=30×W1=30×80=2400（）实际上1就是平时所说的1度电kwh●kwh●kwh●电能和电功率是两个不同的概念，两者既有联系又有区别。电能是指一段时间内电流所做的功，或者说一段时间内负载消耗的能量；电功率是指单位时间内电流所做的功，或者说是指单位时间内负载消耗的电能。电功率用瓦特表测量，电能用瓦时表（即电能表）来计算。电能和电功率常用的单位分别是千瓦小时和瓦。注意！※电路的相关定律一、欧姆定律反映电阻元件两端的电压通过该元件的电流同电阻三者关系的定律电路见图1-4，表达式为RUI=式中I——电流，AU——电压，VR——电阻，ΩIRU+-图1-4欧姆定律电路由上式可知，通过电阻元件的电流与电阻两端的电压成正比，而与电阻成反比。例题：一盏100W、220V的电灯，灯泡的电阻是484Ω，当电源电压为220V时，求通过灯泡的电流解：已知电灯的电压和电阻，通过灯泡的电流为：RUI==484220≈0.455（A）由欧姆定律可知，电阻有电流通过时，两端必有电压，通常导线都是有电阻的，当用导线传输电流时，就产生电压，输电线路上的电压降低的数值叫做电压损失。电阻两端的电压方向是由高电位指向低电位，并且电位是逐点降落的，因而通常把电阻两端的电压称为“电压降”或“压降”。二、基尔霍夫定律(1)基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律也叫做基尔霍夫第一定律它确定了电路中任一节点所连的各支路电流之间的关系。基尔霍夫电流定律指出：对于电路中的任一节点，流入节点的电流之和比等于流出该节点的电流之和如图1-5电路中，对于节点A，I1、I2是流入节点的，而I3是由节点流出的。由基尔霍夫电流定律可将三个电流之间的关系表示为：I1+I2=I3R2A图1-5++--R1R3I1I2I3U2U1如果将上式I3移到左边可得：I1+I2-I3=0即流入（或流出）电路任一节点的各电流的代数和等于零符号∑表示“代数和”∑I＝0例题：如图1-6所示，已知I1为1A，I2为2A，I3为1A，试求电源发出的总电流I。图1-6+-II2I3I1解：根据基尔霍夫定律列出电流的方程式：I-I1-I2-I3=0I=I1+I2+I3=1+2+1=4(A)即电源输出的电流为4A在使用电流定律时，必须注意：(1)对于含有n个节点的电路，只能列出(n1)个独立的电流方程。(2)列节点电流方程时，只需考虑电流的参考方向，然后再带入电流的数值。(2)基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律也叫做基尔霍夫第二定律，它确定了电路任一回路中各部分电压之间的相互关系。基尔霍夫电压定律指出：对任一回路，沿任一方向绕行一周，各电源电势的代数和等于各电阻电压降的代数和。∑E＝∑IR或∑E＝∑U+-+-绕行如图1-7所示，如沿顺势正方向绕行，由基尔霍夫电压定律可列出该回路的电压方程：E1-E2=IR1+IR2在应用基尔霍夫电压定律时应注意，先选定绕行方向，回路中凡是绕行方向相同的电势或电流取正号，反之取符号，电势方向从负到正。例题：如图1-8所示电路图中，已知电源电势E1、E2和各电阻R1、R2、R